Co to jest spawanie?

  Spawanie jest to łączenie ze sobą kawałków metalu za pomocą obróbki cieplnej. Powierzchnie metali rozgrzewa się tak, że ulegają nadtopieniu, po czym łączy się je ze sobą. Po usunięciu źródła ciepła metale stygną i zespalają się. Podczas spawania dodaje się zwykle spoiwo (dodatkowy metal) stapiające się wraz z materiałem podstawowym, w celu wzmocnienia spoiny. ( Link : Spawanie)

 Podział metod spawania zależy m.in. od: rodzaju nośnika energii, materiału podłoża, sposobu wykonania, celu spawania, przebiegu spawania. Najbardziej ogólnym podziałem rodzajów spawania jest podział ze względu na rodzaj nośnika energii. Podział ten jest również najczęściej stosowanym przy ocenie zagrożenia spawacza promieniowaniem optycznym emitowanym podczas procesu spawania.

Rodzaje spawania ze względu na rodzaj nośnika energii

( Spawanie)

Spawanie gazowe

  W technologii spawania gazowego do rozgrzewania łącznych elementów wykorzystuje się ciepło płomienia powstałego wskutek spalania mieszanki acetylenu lub propanu z tlenem. Podczas spawania w płomieniu rozgrzewa się też specjalny drut, który topiąc się, pokrywa spoinę, dodatkowo ją wzmacniając. Najczęściej wykorzystuje się mieszankę acetylenu z tlenem gdzie spalanie acetylenu zachodzi w temperaturach do 3 200°C. Spawanie to stosowane jest do łączenie blach o grubości od 0,4 mm do 40 mm.





Spawanie gazowe metodą MIG-MAG (drut SPG2 o średnicy 1,0 mm; materiał spawany - stalowe haki, prąd spawania 200 A)









Spawanie gazowe stali ST3S z wykorzystaniem mieszanki acetylenu i tlenu w stosunku 4:1






Spawanie elektryczne (łukowe)

  W technologii spawania elektrycznego ciepło wytwarzane jest w łuku elektrycznym powstałym pomiędzy elektrodą a łączonymi częściami. Wykonuje się je z wykorzystaniem spawarki, która jest źródłem elektronów o dużej gęstości, których przepływ generuje łuk elektryczny. Spawanie to stosowane jest do spawania blach o grubości od 1 mm do 80 mm. Podstawowe rodzaje spawania elektrycznego to:

• spawanie elektrodami otulonymi

• spawanie łukiem krytym

• spawanie w osłonie gazów, gdzie wyróżnia się następujące metody:
  
  - Metoda MIG  (Metal Inert Gas) - jest to spawanie łukowe elektrodą topliwą w osłonie gazu obojętnego (argon, hel, argon + hel). Metoda ta jest stosowana do spawania i napawania we wszystkich pozycjach w sposób automatyczny lub półautomatyczny.
  
  - Metoda MAG (Metal Active Gas) - jest to spawanie łukowe w osłonie gazu aktywnego chemicznie (CO2, CO2 + gaz obojętny).
  
  - Metoda TIG (Tungsten Inert Gas) - jest to spawanie łukowe elektrodą nietopliwą w osłonie gazów obojętnych (Ar, He, Ar + He). Umożliwia ona spawanie prawie wszystkich metali i ich stopów oraz łączenie ze sobą różnych metali i stopów. Uzyskiwany metal spoiny jest stopem roztopionej części materiału rodzimego i spoiwa (drut, pręt, pałeczka) podawanego w strefę jarzenia się łuku.

Spawanie elektryczne w osłonie CO2 (drut spawalniczy miedziowany o średnicy 1,2 mm, materiał spawany - blacha zimnowalcowana, prąd spawania 120 A)









Spawanie elektryczne - elektrody zasadowe gruboziarniste ze stali niskowęglowych EVB 47 o średnicy 3,25 mm, prąd spawania 140 A.




Spawanie laserowe - jest to rodzaj techniki spawania polegający na stapianiu obszaru styku wiązką promieniowania laserowego. Spawanie takie prowadzone jest w osłonie gazu obojętnego i zapewnia dużą wytrzymałość spoin.

Spawanie elektronowe(spawanie wiązką elektronową) - rodzaj techniki spawania metali, polegające na nagrzewaniu miejsca łączenia przy pomocy wiązki elektronowej. Do spawania tą techniką służy spawarka elektronowa, w której źródłem elektronów jest działo elektronowe. Elektrony są przyspieszane napięciem rzędu dziesiątków kV. Charakterystycznymi cechami spawania elektronowego jest to, że spawanie odbywa się najczęściej w środowisku próżni oraz, że spoina tworzy się przez stopienie brzegów łączonych detali.

Rodzaje procesów spawalniczych

  W procesach spawalniczych uzyskuje się trwałe połączenie metalowych przedmiotów spoiną powstałą w wyniku stopienia łączonych przedmiotów lub też poprzez stopienie dodatkowego metalu z powierzchnią łączonych elementów. Energia potrzebna do stopienia metali dostarczana jest przez łuk elektryczny, płomień, wiązkę elektronów lub promień lasera. Pewną odmianą spawania jest spawanie tarciowe, w którym spawane elementy (najczęściej aluminium) łączą się w temperaturze uzyskiwanej w wyniku tarcia, niższej od temperatury topnienia. Takie spawanie umożliwia otrzymania połączeń bez wprowadzania spoiwa i gazów osłonowych. Powierzchnie metali pokryte są nalotami i warstwami tlenków, które w przypadku metali ulegających pasywacji są grube, odporne mechanicznie i szczelne.

  W celu zapewnienia odpowiedniej wytrzymałości połączenia spawane powierzchnie muszą być odpowiednio przygotowane i pozbawione zanieczyszczeń. Najpopularniejszą metodą spawania, jest spawanie w łuku elektrycznym elektrodami otulonymi. W trakcie trwania procesu spawania łuk elektryczny jarzy się między końcem pokrytej otuliną metalowej elektrody a spawanym materiałem. Powstające w wyniku tego gazy i żużel chronią powstałe ciekłe jeziorko spawalnicze przed wpływem atmosfery i zbyt szybkim chłodzeniem. W zależności od rodzaju łączonych materiałów należy stosować odpowiednie elektrody, które są wytwarzane w setkach różnych odmian.

  Większość elektrod otulonych składa się z metalowego rdzenia i zewnętrznej otuliny. Stosuje się otuliny gazotwórcze, które w wyniku działania łuku wytwarzają duże ilości gazu, oraz otuliny żużlowe wytwarzające głównie żużel. Odmianą spawania elektrodą otuloną jest spawanie łukiem krytym. W tej metodzie łuk jarzy się pod warstwą topnika i nie jest widoczny z zewnątrz - taki sposób charakteryzuje się niską emisją dymów spawalniczych i brakiem rozprysku metali.
  Często stosuje się metodę spawania łukowego w osłonach gazowych zabezpieczających wytwarzaną spoinę przed kontaktem z atmosferą. W procesach spawania automatycznego lub półautomatycznego można stosować elektrodę topliwą, zazwyczaj w postaci drutu lub elektrodę nietopliwą, zazwyczaj wykonaną z wolframu lub jego stopów. Metodą łączącą cechy kilku sposobów spawania jest spawanie łukowe drutem z rdzeniem proszkowym, można je przeprowadzać w osłonie gazowej, lub bez takiej osłony. Ten rodzaj spawania polega na wytwarzaniu spoiny z brzegów łączonych materiałów i stopionego drutu proszkowego. Łuk elektryczny powstaje pomiędzy metalową osłoną rurkową drutu zawierającego rdzeń proszkowy, a przedmiotem spawanym. Rdzeń drutu spełnia rolę analogiczną do otuliny elektrod otulonych i topnika stosowanego przy spawaniu łukiem krytym.

Rodzaje zagrozen

Podstawowym zagrożeniem występującym w procesach spawalniczych jest zagrożenie pożarem. Odpryski i krople stopionego metalu mają bardzo wysoką energię i stanowią groźne źródło zapłonu. Pomimo znacznego nacisku, jaki jest kładziony na odpowiednie zabezpieczenie miejsca spawania, procesy spawalnicze wciąż stanowią przyczynę pożarów.

Temperatura łuku elektrycznego zawiera się w granicach 5 000K - 30 000K, a w przypadku spawania plazmowego może osiągać 50 000K. Tak wysokie temperatury stanowią źródło promieniowania cieplnego i ultrafioletowego stanowiącego również poważne zagrożenie dla pracowników.

Wysokie temperatury, promieniowanie UV, zróżnicowany skład spawanych stopów i stosowanie bardzo różnych substancji dodatkowych, takich jak gazy osłonowe, otuliny i topniki powodują emisję gazów i dymów spawalniczych o bardzo zróżnicowanym składzie i różnym oddziaływaniu na organizm pracownika.

Jako zanieczyszczenia gazowe, emitowane są tlenki azotu powstające w wyniku utlenienia azotu tlenem z powietrza w wysokich temperaturach, w obecności promienia UV i przy katalitycznym działaniu powierzchni metali. Tlenek węgla powstaje w wyniku termicznego rozkładu ditlenku węgla stosowanego jako gaz osłonowy, oraz jako produkt niepełnego spalania. Ditlenek węgla jest stosowany jako gaz osłonowy i powstaje przy spalaniu w nadmiarze tlenu. Ozon powstaje pod wpływem promieniowania UV. Fosgen powstaje z chlorowanych węglowodorów wchodzących w skład substancji stosowanych do przygotowania powierzchni metali przed spawaniem. Dioksyny i dibenzofurany mogą powstawać w wyniku spawania powierzchni pokrytych środkami antykorozyjnymi zawierającymi chlor. Spawanie metali zawierających pozostałości powłok malarskich powoduje emisję różnorodnych substancji organicznych zależnych od rodzaju stosowanej powłoki.

W zależności od techniki spawania, spawanych materiałów i stosowanych materiałów pomocniczych, emitowane są dymy (pyły o bardzo drobnych ziarnach) i pyły o bardzo zróżnicowanym składzie. W skład tych dymów wchodzą metale takie jak żelazo, mangan, molibden, tytan, metale alkaliczne i metale ziem alkalicznych, chrom(VI), beryl, glin, nikiel, kadm, miedź, kobalt, krzem, ołów, cynk i cyna, występują one głównie w postaci tlenków, również w postaci węglanów, fluorków, chromianów i dichromianów.

Szkodliwe działanie substancji emitowanych w procesach spawalniczych.

   Wchłanianie emitowanej substancji do organizmu w znacznym stopniu zależy od formy, w jakiej dana substancja występuje w powietrzu. Gazy i pary wchłaniają się do organizmu na drodze dyfuzji i rozpuszczają się w płynach ustrojowych. Pyły w zależności od wielkości ziaren, osadzają się w różnych partiach dróg oddechowych; duże ziarna osadzają się przed krtanią, drobniejsze docierają do tchawicy, jeszcze drobniejsze do oskrzeli i odgałęzień oskrzelików. Ta część układu oddechowego pokryta jest nabłonkiem migawkowym, który powoduje, że osadzone cząstki transportowane są ze śluzem w kierunku krtani i przełyku, skąd mogą zostać połknięte, lub usunięte ze śliną.
   Możliwość częściowego usunięcia tych substancji powoduje, że stanowią one mniejsze zagrożenie od substancje o wysokim stopniu zdyspergowania, tzw. frakcji respirabilnej, która dociera do pęcherzyków płucnych, skąd nie może już być usunięta i w całości jest wchłaniana w bezrzęskowej części dróg oddechowych w procesie fagocytozy (ciała stałe) lub pinocytozy (ciecze).

   Efekt działania substancji toksycznej zależy od pochłoniętej dawki, która w pewnym przybliżeniu zależy od stężenia tej substancji we wdychanym powietrzu i czasu narażenia. W celu ochrony zdrowia pracowników przyjęto normatywy higieniczne określające maksymalne stężenia poszczególnych substancji które przy ośmiogodzinnej ekspozycji powtarzającej się przez cały okres aktywności zawodowej pracownika nie powinny spowodować ujemnych skutków zdrowotnych dla niego, ani dla jego przyszłych pokoleń.  

   W Polsce ustanowiono trzy rodzaje normatywów higienicznych:

• Najwyższe dopuszczalne stężenie (NDS) - wartość średnia ważona z 8 godzin.

• Najwyższe dopuszczalne stężenie chwilowe (NDSCh) wartość średnia stężenia, która może występować w środowisku pracy nie dłużej niż 15 minut i nie częściej niż dwa razy w czasie zmiany roboczej, w odstępie czasu nie krótszym niż 1 godzina.

• Najwyższe dopuszczalne stężenie pułapowe (NDSP), stężenie, które nie może być przekroczone w żadnym momencie. Dla niektórych substancji emitowanych w procesach spawalniczych takich jak Cr(VI), Pb, Cd, F-, CO ustalono najwyższe dopuszczalne stężenia w materiale biologicznym (DSB) pozwalające na precyzyjną ocenę wielkości narażenia niezależnie od drogi wchłaniania, wentylacji płuc, retencji substancji w płucach, tj. parametrów indywidualnych dla każdej sytuacji.

Wykazy normatywów higienicznych są publikowane w rozporządzeniu w sprawie najwyższych dopuszczalnych stężeń i natężeń czynników szkodliwych dla zdrowia w środowisku pracy przez ministra właściwego ds. pracy

Wśród substancji emitowanych w procesach spawalniczych występują związki wykazujące różnorakie działania szkodliwe:

Drażniące, wywoływane przez substancje, które w bezpośrednim kontakcie powodują zapalenie skóry lub błon śluzowych - takie jak np. aerozole tlenków żelaza i glinu, O3, NO2.

Duszące, wywoływane przez substancje ograniczające dostępność, lub możliwość przyswajania tlenu np. ditlenek węgla wypierający tlen z powietrza, lub tlenek węgla i tlenek azotu zmniejszający jego dostępność w tkankach.

Uczulające, wywoływane przez substancje powodujące immunologiczną reakcję alergiczną np. tlenki miedzi, cynku, chromu, kalafonia.

Rakotwórcze lub prawdopodobnie rakotwórcze - wywoływane przez substancje, sprzyjające powstawaniu chorób nowotworowych, np. Ni, Cr(VI), Be, Cd, O3, formaldehyd.

Trucizny układowe specyficznie działające na poszczególne narządy i tkanki np. Mn, CO, NO - układ nerwowy, Pb - układ krwiotwórczy, Cd - nerki, F-- kości lub inne toksyczne substancje np. NOx, O3, COCl2 (fosgen), HCN, związki Ba, F, Pb, Cu, Mn, Mo, V, Zn.

Na szczególną uwagę zasługują substancje wykazujące działanie zwłókniające płuc, takie jak krzemionka wywołująca pylicę zwłókniającą, beryl wywołujący beryliozę i kobalt wywołujący pylicę zwłókniającą.

Specyficzną dolegliwością spawaczy, hutników i innych pracowników narażonych na działanie dymów tlenków takich metali jak Zn, Cu, Cd, Sn i Mg są napady wysokiej gorączki i występowanie objawów podobnych do infekcji grypowej utrzymujących się przez kilka godzin.

Substancje szkodliwe emitowane w różnych procesach spawalniczych.

W Instytucie Spawalnictwa w Gliwicach i Instytucie Medycyny Pracy w Łodzi prowadzono badania emisji substancji szkodliwych w procesach spawalniczych prowadzonych różnymi metodami. W wielkim skrócie otrzymano następujące wyniki:

Spawanie glinu i jego stopów - realizowane w osłonie gazowej elektrodą topliwą i nietopliwą. Podstawowymi czynnikami stwarzającymi zagrożenie są tlenki glinu, ozon i ogólne zapylenie.

Spawanie miedzi - realizowane elektrodą otuloną i metodą plazmową. Podstawowymi czynnikami stwarzającymi zagrożenie są rozpuszczalne i nierozpuszczalne związki miedzi oraz zapylenie ogólne.

Spawanie stali niskostopowych - realizowane elektrodą otuloną, w osłonie gazowej oraz spawanie gazowe. Stwierdzono występowanie w powietrzu tlenków Fe, Mn, Cu, Zn, Pb, SiO2. Podstawowymi czynnikami stwarzającymi zagrożenie są mangan i ogólne zapylenie.

Spawanie wysokostopowych stali NiCr - realizowane elektrodą otuloną, w osłonie gazowej, elektrodą topliwą i nietopliwą. Stwierdzono występowanie w powietrzu tlenków Cr, w tym Cr(VI), Ni, Fe, Mn, oraz F-. Podstawowym czynnikiem stwarzającymi zagrożenie jest Cr(VI).

Spawanie stali drutami proszkowymi. Stwierdzono występowanie w powietrzu tlenków Fe, Mn, Cr, Ca, Ni, Cu, Al, Ba oraz F-. Podstawowymi czynnikami stwarzającymi zagrożenie są mangan i zapylenie ogólne.
Spawanie gazowe. Podstawowymi czynnikami stwarzającymi zagrożenie są tlenki azotu.

We wszystkich badanych procesach spawalniczych stwierdzono emisją tlenku i ditlenku azotu, tlenku i ditlenku węgla oraz ozonu. Stężenia emitowanych gazów znajdowały się na niskim poziomie, nie stwarzającym zagrożenia dla zdrowia. W sporadycznych przypadkach zanotowano przekroczenie NDSCh dla ozonu i tlenków azotu

-Zagrożenie promieniowaniem optycznym

  Proces spawania jest jednym z najczęściej spotykanych źródeł technologicznych promieniowania optycznego, podczas którego może występować zagrożenie zdrowia spawacza tym promieniowaniem. Dotyczy to w szczególności spawania elektrycznego, ale także spawania gazowego i laserowego. O ile spawanie elektryczne i gazowe często wykonywane są ręcznie, to spawanie laserowe wykonywane jest tylko automatycznie, a więc bez udziału czynnego człowieka. Urządzenie laserowe i miejsce spawania jest zazwyczaj osłonięte specjalną obudową lub ekranami ochronnymi, wobec czego można przyjąć, że nielaserowe promieniowanie optyczne wytwarzane podczas tego procesu nie stanowi zagrożenia dla pracownika obsługującego ten automat.

  W przypadku spawania elektrycznego o poważnym zagrożeniu zdrowia spawacza stanowi promieniowanie nadfioletowe i widzialne emitowane przez łuk elektryczny powstający pomiędzy elektrodą a łączonymi częściami. Natomiast w przypadku spawania gazowego zagrożenie stanowi jedynie promieniowanie nadfioletowe, którego intensywność jest znacząco mniejsza niż przy spawaniu elektrycznym (Link: patrz tabela 1 i 2).

  Natomiast w obu rodzajach spawania (elektrycznego i gazowego) emitowane w tych procesach promieniowanie podczerwone nie stanowi o zagrożeniu zdrowia spawacza.

  Przykładowe wyniki pomiarów i oceny zagrożenia promieniowaniem optycznym dla spawanie elektrycznego i gazowego przedstawiono w tabeli 1 i 2. (Link: patrz tabela 1 i 2).

  Tabela 1. Przykładowe wyniki pomiarów i oceny zagrożenia promieniowaniem nadfioletowym, widzialnym i podczerwonym, występującego przy spawaniu elektrycznym stali St3 metodą MAG w osłonie ArCO2 z elektrodą rutylową średniootuloną ER 146 BAILDON, o średnicy 3,25 mm i prądzie spawania 123 A.

  Tabela 2. Przykładowe wyniki pomiarów i oceny zagrożenia promieniowaniem nadfioletowym, widzialnym i podczerwonym występującego przy spawaniu gazowym stali St3 z wykorzystaniem mieszanki acetylenu i tlenu w stosunku 4:1.

  Z przedstawionych wyników pomiarów parametrów promieniowania nadfioletowego przy spawaniu elektrycznym (tabela 1) i spawaniu gazowym (tabela 2) przy założonym całkowitym czasie ekspozycji w ciągu zmiany roboczej wynoszącym 3 godziny (10 080 s) wynika, że występuje:

• zagrożenie oczu, skóry twarzy i rąk przy spawaniu elektrycznym,

• zagrożenie skóry rąk przy spawaniu gazowym.

  Natomiast wyniki pomiarów promieniowania widzialnego dla ww. całkowitego czasu ekspozycji w ciągu zmiany roboczej oraz wyznaczonych wielkości kątowych źródła promieniowania (mniejszych od 11 mrad) wskazują na:

• zagrożenie fotochemiczne siatkówki oczu przy spawaniu elektrycznym,

• brak zagrożenia siatkówki oczu przy spawaniu gazowym.

  Natomiast dla obu rodzajów spawania nie stwierdzono występowania zagrożenia promieniowaniem podczerwonym zarówno dla oczu jak i skóry.

Widmo emisji UV podczas spawania

 Promieniowanie nadfioletowe występujące przy procesach spawalniczych obejmuje zakres fal od 200 do 280 nm ( nadfiolet UV-C), od 280 do 315 nm ( nadfiolet UV-B) oraz od 315 do 400 nm ( nadfiolet UV-A). Z obszaru promieniowania widzialnego procesy spawalnicze są źródłem światła niebieskiego (400 - 480 nm), natomiast promieniowanie podczerwone występuje w zakresie bliskiej i środkowej podczerwieni.

  Rozkład widmowy natężenia napromienienia emitowanego przy spawaniu elektrycznym zależy od metody spawania, materiału spawanego, zastosowanej elektrody (materiał, otulina, średnica) oraz parametrów spawania takich jak długość łuku i prąd spawania. Zmiana parametrów spawania w istotny sposób wpływa na udział w emitowanym widmie promieniowania poszczególnych podzakresów promieniowania nadfioletowego. Największą skutecznością biologiczną charakteryzuje się promieniowanie UV-C i UV-B, którego intensywna emisja przez łuk stanowi o dużym zagrożeniu skóry oraz rogówki oka, podczas gdy intensywna emisja z zakresu UV-A będzie stanowić o dużym zagrożeniu soczewki oka.(Link: patrz rozdział Skutki biologiczne oddziaływania promieniowania optycznego na organizm człowieka). Każdy łuk elektryczny emituje wystarczającą do spowodowania skutków szkodliwych ilość nadfioletu, ale intensywność tego promieniowania jest różna w zależności od metody i parametrów spawania elektrycznego. Przykłady rozkładów widmowych promieniowania optycznego występujących przy rożnych parametrach spawania elektrycznego wyznaczonych na podstawie pomiarów spektroradiometrycznych przedstawiono na kilku wykresach (link do wykresów).
 
Wykresy gęstości widmowej natężenia napromienienia przy różnych parametrach spawania elektrycznego

Spawanie elektrodami otulonymi

  Najczęściej stosowanymi metodami spawania elektrycznego wykonywanego ręcznie są: spawanie elektrodami otulonymi i spawanie w osłonie gazów. Dla tych metod wykonano pomiary rozkładu widmowego natężenia napromienienia przy różnych parametrach spawania tak, aby porównać różnice w emisji promieniowania nadfioletowego. Na rys. 1 a) i b) oraz 2 przedstawiono przykładowe wykresy gęstości widmowej natężenia napromienienia otrzymane przy spawaniu elektrycznym stali St 3S przy zastosowaniu różnych elektrod oraz różnych parametrach spawania, tj, średnicy elektrody i prądzie spawania.  

  Rys. 1. Wykres gęstości widmowej natężenia napromieniania otrzymany przy spawaniu elektrycznym stali St3S elektrodą otuloną zasadową Eb 150:
a) przy parametrach: średnica elektrody = 3,25 mm,I = 150 A,długość łuku = 3mm, b) przy parametrach: średnica elektrody =4 mm, I= 170 A, długość łuku = 3 mm

  Przy niezmiennej długości łuku spawania elektrycznego tego samego rodzaju materiału za pomocą elektrody wykonanej z tego samego materiału, lecz o różnych średnicach i różnym prądzie spawania można zauważyć znaczące różnice w widmie emisji promieniowania nadfioletowego. Przy większym prądzie spawania i średnicy elektrody znacząco rośnie emisja nadfioletu w zakresie UV-A a zwłaszcza dla długości fal 350-400 nm natomiast maleje w zakresie UV-C tj między 200-260 nm (Link: patrz rys. 1).

Rys. 2. Wykres gęstości widmowej natężenia napromieniania otrzymany przy spawaniu elektrycznym stali St3S elektrodą otuloną rutylową ER 246 (F = 3,25 mm, I = 150 A, długość łuku = 5 mm)

  Zmiana materiału elektrody na rutylową i zwiększenie długości łuku przy spawaniu stali ma również swe odzwierciedlenie w znacząco większej ilości emitowanego promieniowania nadfioletowego (około 10-krotnie więcej) i jego odmiennym rozkładzie widmowym (rys. 2), gdzie występuje:

• maksimum emisji dla UV-A z zakresu 320-350 nm

• znacząca ilość promieniowania z całego zakresu UV-B

• stosunkowo duża ilość promieniowania UV-C, zwłaszcza dla długości fal powyżej 250 nm.

  Na rys 3 przedstawiono przykładowy wykres gęstości widmowej natężenia napromienienia otrzymany przy spawaniu elektrycznym aluminium.

Rys. 3. Wykres gęstości widmowej natężenia napromieniania otrzymany przy spawaniu aluminium elektrodą otuloną do spawania aluminium (F = 4 mm, I = 60 A, długość łuku: 6- 7 mm)

  Porównując rozkłady widmowe promieniowania UV podczas spawania stali (rys 2) i aluminium (rys. 3) można  zauważyć:

• znacząco większą intensywność emitowanego promieniowania nadfioletowego przy spawaniu stali (ok. 10 krotnie) niż przy spawaniu aluminium

• znacząco mniejszą emisję promieniowania z zakresu UV-C i UV-B przy spawaniu aluminium

• maksimum emisji przy spawaniu aluminium występuje dla zakresu UV-A  powyżej 340 nm oraz dla długości fali 310 nm.

Spawanie w osłonie gazów

Metoda MAG

  Na rys. 4 a) i b) przedstawiono przykładowe wykresy gęstości widmowej natężenia napromieniania otrzymane przy spawaniu stali St 3S metodą MAG przy różnych parametrach spawania drutem litym.




Rys. 4. Wykres gęstości widmowej natężenia napromieniania otrzymany przy spawaniu stali St3 metodą MAG elektrodą w postaci drutu litego:
a)  średnica drutu 1,2 mm, I = 170 A, U = 24 V, długość łuku 3 mm,
b) średnica drutu  0,8 mm, I = 184 A, U = 30,5 V, długość łuku 6 mm



  Zmniejszenie średnicy drutu przy jednoczesnym zwiększeniu długości łuku i prądu spawania przy spawaniu metodą MAG ma swe odzwierciedlenie w znacząco większej ilości emitowanego promieniowania nadfioletowego, które jest nawet około 5-krotnie większe dla długości fali 270 nm, która charakteryzuje się maksymalną skutecznością w wywoływaniu szkodliwych skutków dla skóry oraz rogówki oka..

  Na rys 5 a) i b) przedstawiono przykładowe wykresy gęstości widmowej natężenia napromieniania otrzymane przy spawaniu stali St 3S metodą MAG z drutem proszkowym przy różnych prądach spawania.




Rys. 5. Wykres gęstości widmowej natężenia napromieniania otrzymany przy spawaniu stali St3 metodą MAG elektrodą w postaci drutu proszkowego CASTOLIN
a) średnica drutu 1,6 mm, I = 350 A, U = 26 V, długość łuku = 15 mm
b) średnica drutu1,6 mm, I = 200 A, U = 26 V, długość łuku = 15 mm



  Zmniejszenie prądu spawania przy zachowaniu pozostałych parametrów spawania niezmiennych daje w efekcie mniejsze wartości intensywności emitowanego promieniowania nadfioletowego. Większy prąd spawania przyczynia się również do pojawienia się kilku wyraźnych „pików” w widmie, przy długości fali 270 nm330 nm i 380 nm.

Metoda TIG

  Przykładowe wykresy gęstości widmowej natężenia napromieniania otrzymane przy spawaniu metodą TIG stali kwasoodpornej przedstawiono na rys. 6, a aluminium na rys. 7.




Rys. 6. Wykres gęstości widmowej natężenia napromieniania otrzymany przy spawaniu stali kwasoodpornej metodą TIG (elektroda wolframowa Φ = 2,4 mm, I = 125 A, długość łuku = 3 mm)




Rys. 7 Wykres gęstości widmowej natężenia napromieniania otrzymany przy spawaniu aluminium metodą TIG (elektroda wolframowa Φ = 2,4 mm, I = 125 A, długość łuku = 8 mm,)


  Spawanie metodą TIG dwóch różnych materiałów: stali kwasoodpornej i aluminium powoduje w obu przypadkach znaczącą emisję promieniowania UV-C, natomiast w zakresie UV-B i UV-A daje się zauważyć dość duże różnice w rozkładzie widmowym. Przy spawaniu aluminium występuje spadek emisji promieniowania UV-B a następnie pewien wzrost emisji promieniowania UV-A (z maksimum przy 360 nm). Natomiast przy spawaniu stali kwasoodpornej wykres widmowy jest prawie równoenergetyczny, tzn łuk elektryczny emituje porównywalne ilości promieniowania dla poszczególnych długości fal UV i tylko nieduże „piki” występują w okolicach 270 nm i 360 nm.

Szkodliwość  emisji UV przy spawaniu

  Największe wartości skuteczne natężenia napromienienia stwierdzono podczas spawania metodą MAG, co powinno być uwzględnione przy szkoleniu spawaczy oraz przy doborze indywidualnych środków ochrony. W metodzie tej występuje również znaczący udział szkodliwego dla oczu promieniowania widzialnego. Dlatego też konieczne jest szczególne zwrócenie uwagi na sposób korzystania ze środków ochrony oczu przez spawaczy. Na przykład. niedopuszczalne jest rozpoczynanie spawania przy odsłoniętej przyłbicy spawalniczej, gdyż nawet kilkusekundowa ekspozycja oczu na promieniowanie łuku już jest wystarczająca do przekroczenia ustalonych wartości NDN. Natomiast wykonanie przy tym samym sposobie stosowania osłony oczu kilku spawów w ciągu zmiany roboczej daje w efekcie bardzo duże przekroczenia dawki promieniowania i prowadzi do dolegliwości i chorób oczu, jak np. zapalenie rogówki i spojówki czy skrzydlik a po wielokrotnych ekspozycjach może prowadzić do zaćmy, uszkodzenia rogówki i nowotworów skóry.

  Największy udział promieniowania krótkofalowego (UV-C) występuje w trakcie spawania metodą TIG, co wynika to z bardzo wysokiej temperatury łuku elektrycznego występującej podczas tego spawania.

  Świadomość zagrożeń dla zdrowia związanych z promieniowaniem optycznym na jakie narażeni są spawacze powinna być kształtowana zarówno podczas szkolenia przygotowującego do zawodu, jak również przed zatrudnieniem i w trakcie zatrudnienia. Nie wystarczy tylko zapewnić pracownikowi odpowiednie środki ochrony indywidualnej. Należy również odpowiednio go przeszkolić pod względem ich prawidłowego stosowania oraz nadzorować prawidłowe stosowanie tych ochron. Ogólna zasada postępowania w celu zapewnienia odpowiedniej ochrony przed promieniowanie optycznym emitowanym podczas spawania przedstawiona jest w Tabeli 3.

Zasady ochrony przed promieniowaniem UV

Szkodliwość  emisji UV przy spawania i ogólna zasada ochrony przed tym promieniowaniem


  Największe wartości skuteczne natężenia napromienienia stwierdzono podczas spawania metodą MAG, co powinno być uwzględnione przy szkoleniu spawaczy oraz przy doborze indywidualnych środków ochrony. W metodzie tej występuje również znaczący udział szkodliwego dla oczu promieniowania widzialnego. Dlatego też konieczne jest szczególne zwrócenie uwagi na sposób korzystania ze środków ochrony oczu przez spawaczy. Na przykład. niedopuszczalne jest rozpoczynanie spawania przy odsłoniętej przyłbicy spawalniczej, gdyż nawet kilkusekundowa ekspozycja oczu na promieniowanie łuku już jest wystarczająca do przekroczenia ustalonych wartości NDN. Natomiast wykonanie przy tym samym sposobie stosowania osłony oczu kilku spawów w ciągu zmiany roboczej daje w efekcie bardzo duże przekroczenia dawki promieniowania i prowadzi do dolegliwości i chorób oczu, jak np. zapalenie rogówki i spojówki czy skrzydlik a po wielokrotnych ekspozycjach może prowadzić do zaćmy, uszkodzenia rogówki i nowotworów skóry.

  Największy udział promieniowania krótkofalowego (UV-C) występuje w trakcie spawania metodą TIG, co wynika to z bardzo wysokiej temperatury łuku elektrycznego występującej podczas tego spawania.

  Świadomość zagrożeń dla zdrowia związanych z promieniowaniem optycznym na jakie narażeni są spawacze powinna być kształtowana zarówno podczas szkolenia przygotowującego do zawodu, jak również przed zatrudnieniem i w trakcie zatrudnienia. Nie wystarczy tylko zapewnić pracownikowi odpowiednie środki ochrony indywidualnej. Należy również odpowiednio go przeszkolić pod względem ich prawidłowego stosowania oraz nadzorować prawidłowe stosowanie tych ochron. Ogólna zasada postępowania w celu zapewnienia odpowiedniej ochrony przed promieniowanie optycznym emitowanym podczas spawania przedstawiona jest w tabeli 3.

  Tabela 3. Sposób postępowania dla zapewnienia odpowiedniej ochrony przed promieniowaniem optycznym emitowanym podczas spawania

Etap	Czynność	Uwagi
1	Określenie rodzaju i parametrów spawania	Niezbędne informacje do prawidłowego dokonania wyboru środków ochrony
2	Określenie środków ochrony zbiorowej	Zapewnienie osobnego pomieszczenia, Osłonięcie stanowiska  ekranami spawalniczymi
3	Dobór odpowiednich środków ochrony indywidualnej	Przy spawaniu gazowym  dobór okularów lub gogli w zależności od strumienia objętości gazu przepływającego przez palnik Przy spawaniu elektrycznym dobór filtrów przyłbic ochronnych: w zależności od prądu spawania, metody spawania
4	Przeszkolenie pracowników	w zakresie szkodliwości promieniowania optycznego występującego przy danym rodzaju spawania w zakresie prawidłowego stosowania środków ochrony
5	Nadzór nad prawidłowym stosowaniem środków ochrony	Przestrzeganie nie rozpoczynania spawania elektrycznego przy odsłoniętej przyłbicy.
6	Nadzór nad środkami ochrony	Zniszczone lub uszkodzone środki ochrony tracą swoje właściwości ochronne.



Akty prawne stosujące się do spawania

1. Rozporządzenie Ministra Gospodarki z dnia 27 kwietnia 2000 r. w sprawie bezpieczeństwa i higieny pracy przy pracach spawalniczych. (Dz. U. Nr 40 poz. 470).

2. Rozporządzenie Ministra Pracy i Polityki Społecznej z dnia 29 listopada 2002 r. w sprawie najwyższych dopuszczalnych stężeń i natężeń czynników szkodliwych dla zdrowia w środowisku pracy (Dz. U. nr 217, poz. 1833).

3. Rozporządzenie Ministra Zdrowia z dnia 20 kwietnia 2005 r. w sprawie badań i pomiarów czynników szkodliwych dla zdrowia w środowisku pracy (Dz. U. z 2005 r. Nr 73, poz. 645).

INSTRUKCJA

BEZPIECZEŃSTWA PRACY PRZY SPAWANIU ELEKTRYCZNYM

1. Spawanie łukiem elektrycznym polega na stopieniu metali w miejscu ich łączenia. Źródłem ciepła jest łuk elektryczny powstający między jednym końcem obwodu elektrycznego połączonego z przedmiotem spawanym i drugim końcem połączonym z elektrodą.

2. W użyciu są najczęściej spawarki prądu stałego (przetwornice) lub spawarki transformatorowe. Prąd zasilania spawarek - 220V, 380V.

3. Przewód łączący spawarkę z siecią prądu elektrycznego powinien być dobrany w zależności od napięcia i natężenia pobieranego prądu pierwotnego.

4. Napięcie na zaciskach spawarki w momencie powstania łuku wynosi około 100V (prąd stały) i 70V (prąd zmienny).

5. Korpus spawarki musi być zerowany lub uziemiony - w zależności od systemu ochrony przed porażeniem stosowanym w zakładzie pracy.

6. Spawarkę należy oczyszczać na bieżąco z (zanieczyszczeń) brudu.

7. Przed przystąpieniem do prac konserwacyjnych i remontowych, spawarkę należy wyłączyć spod napięcia.

8. Raz na rok a w razie potrzeby częściej, należy przeprowadzić gruntowy przegląd spawarki. Zakład jest obowiązany prowadzić odpowiednią dokumentację eksploatacyjną spawarki.

9. Ruch spawarki należy wstrzymać w razie stwierdzenia uszkodzeń lub zakłóceń uniemożliwiających normalną j ej pracę tzn.:

• nadmiernego nagrzewania się elementów urządzenia;

• pojawienie się dymu lub ognia;

- zewnętrznych uszkodzeń mechanicznych lub objawów świadczących o wewnętrznych uszkodzeniach.

10. Ze względu na zagrożenia : porażenia prądem elektrycznym, poparzenie, uszkodzenie wzroku, nie wolno :

• dotykać gołą ręką nieizolowanych części uchwytu;

• zakładać elektrody gołą ręką;

• kłaść uchwytu na częściach metalowych;

• trzymać uchwytu pod pachą lub na plecach;

• uszkadzać przewodów elektrycznych;

• dopuszczać do nadmiernego przegrzewania się przewodów;

• spawać bez tarczy ochronnej zaopatrzonej w odpowiednie szkło;

• spawać bez odpowiedniej odzieży, obuwia i ochron osobistych;

• spawać w pomieszczeniach i miejscach bez odpowiedniej wentylacji i wyciągumechanicznego.

11. W przypadku gdy w pobliżu miejsca spawania znajdują się ludzie należy zastosować odpowiednie parawany (nieprzezroczyste zasłony).

12. W miejscu spawania należy zapewnić odpowiednie oświetlenie (min. 1501ux).

13. Stanowisko spawacza powinno być wyposażone w sprzęt gaśniczy.

14. Wykonywanie czynności spawania pod wpływem alkoholu jest zabronione.

---